## SINTESIS DAN KARAKTERISASI KATALIS Pd/Ce/ ZEOLIT
Taslimah 1) , Tono Eko Prayitno 2) , Damin Sumardjo 3) , Chairil Anwar 4) .
1,2,3,) Jurusan Kimia FMIPA Universitas Diponegoro
4) Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Minyak dan Gas Bumi “LEMIGAS”

## ABSTRAK
Telah  dilakukan  sintesis  katalis  Pd/Ce/Zeolit,  sintesis  dilakukan  dengan  cara  impregnasi larutan garam palladium dan serium pada zeolit, kalsinasi dilakukan pada suhu 600°C dengan dialiri N 2 selama 4 jam kemudian O 2 selama 1 jam selanjutnya direduksi dengan H 2 pada 900°C selama 5 jam. Karakterisasi katalis dilakukan dengan menggunakan difraktometer sinar-X dan uji katalitik dilakukan terhadap  umpan  gas  CO,  banyaknya  CO  yang  terkonversi  ditentukan  dengan  kromatografi  gas. Disimpulkan bahwa spesies logam yang terbentuk adalah Pd(0), PdO, PdO 2 , Ce 2 O 3 ,dan Ce 6 O 11 . Katalis Pd/Ce/zeolit  pada  konsentrasi  Ce  3%  adalah  yang  terbaik  mempunyai  ukuran  partikel  PdO/  Ce 2 O 3 279,09/263,69 dengan kemampuan konversi terhadap gas CO 78,789% pada suhu 700°C.
Kata kunci: Katalis, impregnasi, kalsinasi

## SYNTHESIS AND CARACTERISAZION Pd/Ce/ZEOLITE CATALYST

## ABSTRACT
Synthesis and caracterizasion Pd/Ce/Zeolit catalyst has been done, Synthesis was carried out by reimpregnation palladium and serium salts solution in to zeolite,the product was calcinated at 600°C in N 2 atmosfer for four hours and then O 2 for one hours, then reducted by H 2 at 900°C for five hours. The product was caracterize by using X-ray difractometer, the catalytic test to CO gas, it convertion power determinated by gas chromatografi. It was concluded that metal spesies formed were Pd(0), PdO, PdO 2 , Ce 2 O 3 and Ce 6 O 11 . Pd/Ce/Zeolite by Ce 3% is the best catalyst, it has PdO/Ce 2 O 3 particle size 279.09/263.69 by convertion power to CO gas 78.789% at 700°C.
Key word: catalyst, impregnation, calsination.

## PENDAHULUAN
Polutan  gas  buang  dari  kendaraan  bermotor antara lain adalah gas karbon monoksida (CO), oksida  nitrogen  (NOx)  dan  hidrokarbon  (HC) yang keberadaannya dilingkungan tidak diharapkan  karena  sifatnya  yang  toksik, karenanya perlu adanya upaya untuk meminimalkan  keberadaan  gas-gas  tersebut  di lingkungan.
Gas  CO  dapat  diubah  menjadi  gas  CO 2 yang tidak  berbahaya  dengan  cara  oksidasi,  namun oksidasi  CO  pada  kondisi  normal  agak  lambat. Perubahan  dari  CO  menjadi  CO 2 dapat dipercepat  dengan  menggunakan  katalis  logam transisi  seperti  platina,  paladium  atau  phodium (Coulstone, et.al , 1992). Penggunaan palladium (Pd)  secara  langsung  sebagai  katalis  kadang-
kadang  tidak  efektif,  hal  ini  dikarenakan terjadinya penumpukan partikel-partikel sehingga  ada  bagian-bagian  yang  tertutupi akibatnya  luas  permukaan  tidak  maksimal  dan interaksi  yang  terjadi  tidak  optimal.  Untuk meningkatkan  efektifitas  penggunaan  katalis dapat  dilakukan  dengan  menggunakan  media untuk mendispersikan logam agar luas permukaan katalis meningkat, dengan demikian dapat  diharapkan  interaksi  yang  terjadi  dapat lebih  banyak  antara  reaktan  dan  katalis.  Bahan sebagai  media  pendispersi  katalis  logam umumnya  digunakan  oksida-oksida  atau  dapat juga  berupa  silikat  (Cordatos, et.al .,  1996; Monteiro, et.al .,  1995).  Zeolit  alam  merupakan salah satu jenis mineral yang tersusun dari silikat dan aluminat yang mempunyai stabilitas termal cukup baik pada suhu tinggi.
Gambar 1. Difraktogram Katalis K 1 -K 6
Berdasarkan  sifat  tersebut  diperkirakan  zeolit dapat berperan sebagai media pendispersi logam Pd sebagai katalis untuk mengkonversi gas CO menjadi CO 2 .

## METODA PENELITIAN.
Preparasi  katalis  Pd/Ce/Zeolit  terdiri  dari  dua tahap:
Tahap  Pertama :  Zeolit  termodifikasi  (20  g) direndam  dalam  17  mL  larutan  garam  PdCl 2 (59%)  selama  40,5  jam  pada  suhu  kamar  dan dikeringkan pada 120°C selama 6,5 jam, sampel dikalsinasi  pada  suhu  600°C  dengan  dialiri  gas N 2 selama 4 jam dan dialiri gas O 2 selama 1 jam dengan laju alir gas 10 mL/menit. Sampel yang diperoleh  direndam  dalam  larutan  garam Ce(SO 4 ) 2. 4H 2 O  dengan  variasi  konsentrasi  3%,
5%  dan  7%  selama  40,5  jam  kemudian dikeringkan  pada  120°C  selama  6,5  jam selanjutnya  dikalsinasi  kembali  kemudian direduksi  dengan  gas  H 2 pada  900°C  selama  5 jam dengan laju alir yang sama
Tahap  Kedua :  Karakterisasi  katalis  dilakukan dengan menggunakan difraktometer sinar-X, uji katalitik dilakukan dengan menggunakan umpan gas  CO  dan  udara  tekan  sebagai  sumber  O 2 dengan  laju  alir 20  dan  10  ml/menit  selama  10 menit pada suhu 300, 400 dan 700°C, banyaknya gas  CO  yang  terkonversi  ditentukan  dengan kromatografi gas.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Zeolit yang digunakan sebagai bahan pendukung logam  preparasi  katalis  Pd/Ce/Zeolit  adalah zeolit  alam  yang  telah  dimodifikasi  dengan perlakuan  asam  dan  perlakuan  hidrotermal
dengan  TBABr.  Dispersi  logam  pada  bahan pendukung  dilakukan  secara  bertahap  agar dispersi  logam  mencapai  optimal  dan  kalsinasi juga  dilakukan  bertahap  agar  logam  yang  telah terdispersi  berubah  menjadi  bentuk  oksidanya sehingga  pada  tahap  dispersi  berikutnya  logam yang  telah  masuk  tidak  terlepas  kembali  ke dalam larutan.
Karakterisasi katalis dilakukan dengan menggunakan  difraktometer  sinar-X  untuk menentukan  keberadaan  spesies  logam  dalam katalis  (Cullity,  1978;  Monteiro, et.al ,  1995), difraktogram disajikan pada gambar 1.
Dengan  membandingkan  harga  d  dari  puncak- puncak difraktogram dengan harga d standar dari JCPDS,  spesies  logam  palladium  dan  serium yang ada adalah sebagai berikut:
Tabel  1.  Spesies  logam  yang  terbentuk  pada katalis
Identitas sampel Bentuk spesies logam Paladium Serium Pd/Ce K 1 K 2 K 3 PdO , PdO 2 PdO PdO Ce 2 O 3 Ce 2 O 3 Ce 2 O 3 Ce/Pd K 4 K 5 K 6
PdO , PdO 2 , Pd PdO , Pd PdO , Pd Ce 2 O 3 , Ce 6 O 11 Ce 2 O 3 , Ce 6 O 11 Ce 2 O 3
Katalis  Pd/Ce  adalah  katalis  dengan  urutan pendispersian  logam  Pd  kemudian  Ce.  Logam Pd  dan  Ce  didispersikan  dalam  bentuk  larutan garam  kloridanya,  pada  proses  kalsinasi  logam Pd  akan  berubah  menjadi  bentuk  oksidanya (PdO), pada kalsinasi berikutnya terbentuk PdO 2 sebagai oksida utamanya dan oksida dari serium
(CeO 2 ) tetapi  karena  diikuti  reduksi  oksida cerium dan palladium akan mengalami perubahan  menjadi  Ce 2 O 3 dan  PdO.  Pada konsentrasi  garam  serium  3%  spesies  logam PdO 2 yang ada tidak dapat tereduksi suluruhnya sehingga masih didapatkan spesies PdO 2 .
Pada katalis Ce/Pd logam Ce didispersikan lebih dulu  dihasilkan  Pd  (0)  dan  Ce 6 O 11 di  samping PdO,  PdO 2 dan  Ce 2 O 3 .  Terbentuknya  spesies Ce 6 O 11 diduga  karena  pada  kalsinasi  terbentuk Ce  (IV)  atau terbentuknya CeO 2 dengan  diikuti reduksi,  pada  saat  reduksi  belum  sempurna terjadi  agregasi  atau  penggabungan  molekul- molekul CeO 2 dengan hasil reduksi membentuk agregat Ce 6 O 11 yang cukup stabil, agregat Ce 6 O 11 merupakan gabungan dari 4 mol CeO 2 dan 1 mol Ce 2 O 3 . Spesies Pd (0) dihasilkan pada semua tipe katalis Ce/Pd hal ini kemungkinannya disebabkan karena Pd (II) didispersikan setelah serium  hanya  mengalami  satu  tahap  kalsinasi diduga spesies oksida yang terbentuk utamanya PdO sehingga pada proses reduksi dihasilkan Pd (0)
Jika dilihat dari harga potensial standar reduksi palladium 0,907 V sedang untuk serium 1,700 V, maka Ce 4+ akan lebih mudah mengalami reduksi dibanding Pd 2+ maka jika kedua logam tersebut berinteraksi akan terjadi reaksi redoks berikut:
PdO    +    H 2 Pd    +   H 2 O
Pada  proses  reduksi  palladium  mulai  tereduksi pada suhu sekitar 170°C oleh adanya hydrogen menjadi  Pd  (0),  selanjutnya  terjadi  interaksi dengan  Ce  (IV)  teroksidasi  lagi  menjadi  PdO, pemanasan  lanjut  hingga  900°C  diduga  akan mempercepat reaksi redoks antara Pd (0) dengan Ce (IV) (Cordatos, et.al, 1996; Gasser, 1985).
Pd    +   Ce 4+ Pd 2+ +   Ce 2+
adanya  interaksi  Pd(0)  dengan  Ce 4+ akan mengakibatkan  reduksi  serium  semakin  mudah dan sebaliknya reduksi PdO berkurang.
Penentuan  ukuran  spesies  logam  dalam  katalis dilakukan  berdasarkan  pengukuran  dengan
difraktometer sinar-X menggunakan persamaan Scherrer (Cullity, 1978), diperoleh hasil sebagai berikut:
Tabel 2. Ukuran Partikel spesies logam
Identitas sampel Ukuran spesies logam (nm) PdO Ce 2 O 3
Pd/Ce K 1 K 2 K 3 279,09 373,28 156,71 263,69 349,49 460,25 Ce/Pd K 4 K 5 K 6 369,98 268,81 304,99 355,49 310,64 356,50
Spesies logam yang ditentukan ukurannya hanya PdO  dan  Ce 2 O 3 karena  oksida-oksida  tersebut yang  ada  pada  setiap  tipe  katalis  yang  dibuat. Pada  katalis  Pd/Ce  variasi  konsentrasi  garam serium  tidak  memberikan  pola  kecenderungan yang tertentu pada ukuran partikel oksida logam yang ditentukan tetapi pada katalis Ce/Pd variasi konsentrasi serium menghasilkan ukuran partikel yang relatif seragam hal ini menunjukkan  bahwa  distribusi  serium  dalam zeolit  hampir  merata  sehingga  distribusi  Ce 2 O 3 hampir  seragam  sedangkan  ukuran  dari  PdO perbedaannya cukup signifikan hal ini menunjukkan  distribusi  paladium  tidak  merata dan  kemungkinan  sintering  yang  terjadi  juga tidak  sama.  Sintering  dapat  terjadi  setelah reduksi  di  mana  partikel  oksida  yang  sejenis saling  bertumpuk  sehingga  membentuk  agregat yang  ukurannya  lebih  besar  akibatnya  luas permukaannya  menjadi  relatif  lebih  kecil  bila dibandingkan oksida logam tersebar merata.
Pada  konsentrasi  garam  serium  encer  ukuran partikel PdO dan Ce 2 O 3 baik pada katalis Pd/Ce maupun katalis Ce/Pd hampir sama dibandingkan pada konsentrasi garam yang lebih tinggi,  hal  ini  menunjukkan  bahwa  pada konsentrasi garam 3% distribusi serium maupun palladium  dalam  zeolit  praktis  merata  dan menghasilkan  ukuran  partikel  yang  hampir sama. Dilihat dari besarnya ukuran partikel PdO dan  Ce 2 O 3 pada  katalis  Pd/Ce  lebih  kecil
dibanding ukuran partikel PdO dan Ce 2 O 3 pada katalis  Ce/Pd  maka  katalis  yang  paling  baik adalah  katalis  Pd/Ce  pada  konsentrasi  serium 3%,  karena  ukurannya  paling  kecil  dan  ukuran partikel  PdO  dan  Ce 2 O 3 hampir  sama  karena dengan  ukuran  partikel  yang  kecil  akan memberikan  luas  permukaan  yang  besar sehingga  pada  aplikasinya  diharapkan  dapat terjadi kontak yang lebih banyak dengan reaktan. Uji  katalitik  katalis  dilakukan  terhadap  umpan gas  CO  dan  udara  tekan  sebagai  sumber  O 2 dengan  variasi  suhu  diperoleh  hasil  sebagai berikut (Cordatos, 1996; Coulstone, 1992).
Tabel  3.  Tingkat  Konversi  katalis  terhadap  gas
CO Tipe katalis % Pengurangan CO pada Suhu 300 ºC 500 ºC 700 ºC Pd/Ce K 1 K 2 K 3 37,978 1,283 0,992 47,71 10,725 3,617 78,789 17,929 5,200 Ce/Pd K 4 K 5 K 6 0,365 0,147 0,404 1,211 1,510 0,806 2,570 4,068 0,811
Dari  tabel  di  atas  terlihat  tidak  ada  pola kecenderungan tertentu dari% pengurangan gas CO  dalam  kaitannya  dengan  ukuran  partikel katalis, hal ini kemungkinan disebabkan karena terjadinya sintering menyebabkan luas permukaan  efektif  dari  katalis  menjadi  lebih kecil  sehingga  interaksi  dengan  reaktan  tidak optimal. Interaksi yang terjadi diperkirakan gas CO mula-mula terserap pada permukaan logam aktif  dari  permukaan  logam  Pd  oksigen  yang dialirkan akan akan terserap melalui permukaan serium megalami dissosiasi selanjutnya berinteraksi dengan CO yang terserap menghasilkan  CO 2 (Coulstone, et.  al .,  1992; Gasser, et.al ., 1985).
Secara umum kenaikan suhu reaksi meningkatkan% pengurangan CO, hal ini sesuai bahwa  kenaikan  suhu  akan  mempercepat  CO teroksidasi  menjadi  CO 2 sehingga  pada  waktu yang  sama  maka  pada  suhu  yang  tinggi  akan lebih banyak CO yang diubah menjadi CO 2 .
Dari  semua  katalis  yang  diuji  katalis  Pd/Ce dengan  konsentrasi  garam  serium  3%  dengan ukuran  partikel  Ce 2 O 3 terkecil,  maka  suplai oksigen  dapat  lebih  optimal  memberikan% konversi  CO  menjadi  CO 2 yang  paling  besar, konversi  tertinggi  yakni  78,789%  dicapai  pada suhu 700°C.

## KESIMPULAN
1. Spesies logam yang terbentuk adalah Pd (0),
PdO, PdO 2 , Ce 2 O 3 dan Ce 6 O 11 .
2. Katalis  Pd/Ce/Zeolit  dengan  konsentrasi garam  Ce  3%  adalah  yang  terbaik  dengan ukuran  partikel  PdO/  Ce 2 O 3 279,09/263,69 dan  kemampuan konversi gas  CO  78,789% pada suhu 700°C.

## DAFTAR PUSTAKA
Cordatos, H. and R.J. Gorte, 1996, CO, NO, and
H 2 Adsorption  on  Ceria  Supported  Pd,  J. Catal, 159, 112.
Coulstone, George W, and Gary L. Haller, 1992, Kinetics  and  Mechanism  of  Carbon Monoxide Oxidation on Platinum, Palladium, and Rhodium Foils, J. American Chemical Society.
Cullity,  B.D.,  1978,  Element  of  X-Ray Diffraction, Addison-Wesley, London.
Gasser,R.P.H,  1985,  An  Introduction  to Chemisorption and Catalysis by Metals.
Monteiro,  R.S,  Fabio  Bellot  Noronha,  Lidia Chaloub  Dieguez  and  Martin  Scmal,  1995, Characterizaton  of  Pd-CeO 2 Interaction  on Alumina Support and Hydrogenation of 1,3- Butadiene , Appl. Catal. A: General., 131,89